淺論自行火炮預防性維修決策系統設計

高海朝

摘要：為解決傳統故障診斷方法在新型自行火炮維修保障方面的不足，將故障預測引入到裝備維修保障領域，提出了基于動態模糊理論的故障預測模型。本文基于動態隸屬度對服役期間故障的發生、發展和系統性能下降的動態變化過程進行描述，并以一個預測實例說明了該方法的有效性和實用性。

與牽引火炮相比，某新型自行火炮結構復雜，其故障率相應增高，裝甲封裝的結構形式又使得檢測、維護可達性差。這就給部隊的自行火炮管理和維修等技術保障工作帶來了許多困難。傳統的基于故障診斷的維修保障模式只能判斷自行火炮當前有無故障或出現故障后診斷是何部位、何零件以及何原因引起的故障。然而，這只能保證火炮在任務開始點走得動、打得響，至于走多遠、打多久卻無可奉告。對于當前沒有出現故障的自行火炮，通過這些診斷儀器設備可以檢測目前的故障發生情況，卻不能準確預測在未來時間段內何時出現故障、出現什么故障，更不能對自行火炮的總體質量及任務成功性實現評估和預測，難以判定在任務執行過程中是否能無故障工作，各級作戰和保障部門很難制訂科學合理的用炮計劃和維修計劃。

1、基于故障預測技術的預防性維修策略

火炮故障預測技術是一門涉及火炮動力學、流體力學、摩擦學、人工智能、模式識別以及計算機仿真技術等多學科綜合的新興邊緣學科，它以當前火炮的使用狀態為起點，對火炮在未來任務段內可能出現的故障進行預測，向用戶及時提出警告，以便及時在任務之前維修更換零部件，保證充裕的無故障工作時間，對于完成訓練和作戰任務，提高部隊的戰斗力都具有十分重要的意義[1]。

預防性維修是針對未來任務，面向火炮實際使用狀態的按需維修方法，與面向實際故障的事后維修和面向服役時間的計劃維修都不相同。預防性維修的基本思想是根據對火炮當前和未來狀態的正確和可靠的預測來安排維修活動，因此對火炮當前狀態的描述，以及對下一時段狀態和故障的預測是實現預防性維修的基礎。

2、構建遠程維修支持信息系統的體系結構

傳統的裝備維修解決辦法是組織一些相關的工程技術人員或專家，對一些具體故障問題進行現場討論分析，最后確定原因，給出具體解決方案。這種方式易受到時空限制，不便于經常采用。遠程維修支持信息系統，則可以通過異地和異（同）步的交流活動，彌補傳統維修方式的不足，使各地專家在約定的時間段內對一個故障現象進行遠程協同診斷，提高武器裝備維修的效率。

（1）遠程維修支持信息系統結構模型。自行火炮遠程維修支持信息系統是針對新型復雜自行火炮系統裝備而建立的。維修所需信息來自不同的領域，涉及的學科領域眾多，遠程支持的方式主要基于裝備部件模型庫查詢系統、故障庫搜索系統、在線＼離線協作診斷等，要將這些方式進行統一的協調，實施有效的遠程信息支持，必須具有高效的遠程支持模型。

（2）數據共享緩沖區。它是診斷專家和用戶進行信息溝通、發表意見的數據存儲區。其實現的方式主要有：論壇、FTP、會議系統、在線討論、視/音頻系統等。

（3）數據庫遠程調用支持。數據庫調用是實現信息共享的基礎。利用 SQL Server 2000 建立數據庫，由 ASP 通過 ADO 技術調用數據庫。系統中部件模型庫、故障庫等即是典型的網絡數據庫。

（4）遠程協作診斷信息共享支持。在系統的遠程協作診斷模塊中，用戶通過論壇、FTP、會議工具等相互交流意見，討論問題。當一名用戶在論壇中發表故障協助診斷請求或維修困難時，所有的用戶和專家都可在論壇中看到這些請求和困難，并可對所提出的請求和困難發表評論、進行討論、提出建議。當問題解決后，所有正確的意見將被保存到診斷數據庫中，當別的用戶遇到同樣問題時就可直接調用解決方法。FTP 提供一個共享文件夾，用戶可以把自己的共享文件放人其中，以供其他用戶和專家參考。

（5）遠程協作診斷。采用現在非常成熟的視頻會議技術，提高遠程會診的效率。

3、基于動態模糊理論的故障預測模型

自行火炮的故障預測涉及到多特征多因素，且因素來自不同方面和不同層次，其中大部分因素還具有相關性和模糊性，這給研究和預測帶來了相當的不便。故障預測也是一個比較困難的問題，特別是對于多因素、非平穩和非線性的動態過程，很難建立精確的數學模型。解決這類問題，可采用模糊理論。

（1）統的模糊理論

模糊理論就是通過一個模糊變換，把因素集中的元素映射為結果集中相應的元素。故障的產生是一個動態“積累”的復雜過程，在傳統的模糊理論中，隸屬度和隸屬函數只能靜態地表示故障原因和故障現象之間的隸屬關系，不能動態地體現在服役過程中隸屬度的變化;同一故障原因對所有故障現象取相同權重，而就故障現象產生的原因而言，同一故障原因對不同的故障現象在重要程度上是有所差別的;同時各權重在壽命周期內也不是一成不變的，沒有考慮服役過程中權重的動態變化。因此，傳統的模糊理論很難適用于新型自行火炮的故障預測。

（2）動態權重系數矩陣

由于故障關系的復雜性，同一故障底事件對應不同故障現象的權值可能是不相同的。對同一底事件來說，導致此故障的可能性高，對彼故障的可能性低。這樣，同一故障底事件相對于此故障的權值應大于相對于彼故障的權值[2]。換言之，不同故障底事件相對于不同故障應給予不同權值。

（3）常見的隸屬函數

隸屬函數及隸屬度的確定是故障預測的關鍵，與人的主觀因素有關。應針對客觀情況，綜合分析影響因素與故障點集之間模糊關系的變化規律。常用專家評分法（特爾菲法）和模糊分布確定法來確定系統的隸屬度和隸屬度函數。當論域可用實數閉區間表示時，可以根據問題的性質選用某種典型的函數形式，并利用隸屬函數所要滿足的條件來確定函數中所包含的參數。常用的函數形式包括正態型、戒上型、戒下型、降半型、三角函數型和區段型六種[4]。

4、結束語

預防性維修決策是一項基于火炮服役條件、零部件耗損規律、戰場損傷及人為因素的復雜系統工程，是一個涉及大量定性與定量因素的多因素、多層次、多目標模糊推理過程[2]。本文指出傳統模糊理論用于故障預測的不足，引入動態隸屬度的概念，對故障的發生、發展和系統性能下降的動態過程進行描述，通過取不同的結果集可以實現系統的故障預測，也可以在給定任務成功性的情況下，對新型自行火炮的任務成功性進行評估。

參考文獻：

[1]李卓.高速公路機電設備故障預測及維修決策系統研究[D].長安大學碩士學位論文，2009.05

[2]王輝，范秀敏，嚴雋琪.考慮機會維修的等風險預防性維修策略優化[J].機械設計與研究，2003，19（3）：51-55

[3]曹立軍.自行火炮故障預測與任務成功性評估技術研究[D].軍械工程學院博士學位論文，2006.03